专利名称：无线麦克风系统的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种无线麦克风系统的控制方法。
背景技术：
目前，人们在生产生活的很多场合需要应用到无线麦克风，例如，老师在上课时和演员在表演时都需要使用无线麦克风。无线麦克风包括分立的麦克风话筒(语音发送装置)和麦克风接收机(语音接收装置)。现有的麦克风话筒都需要和固定的麦克风接收机绑定，一个麦克风接收机只能和与其配对的麦克风话筒配合工作。因此，每次老师上课前需要将麦克风接收机和麦克风话筒借到教室，麦克风话筒由众多老师共同使用，不利于老师的身体健康，也不利于麦克风话筒的维护。老师们很希望拥有个人独自拥有的麦克风话筒， 每次上课只需要随身携带各自的麦克风话筒，麦克风接收机固定放置在教室，这样使用更方便、更卫生，且更有利于麦克风的维护，延长麦克风的使用寿命。另外，例如在开大会的时候，需要有多个麦克风接收机来放大声音。目前的情况是，需要构造一个系统把各个麦克风接收机都连接起来，然后一起扩音，这样的现场会有很多凌乱的长电线。
发明内容
本发明目的是针对现有技术的不足，以及目前对个人专用语音发送装置的需求， 提供一种包括语音发送装置和语音接收装置的无线麦克风系统的控制方法，能实现为每个使用者分配一个语音发送装置，而不需要与语音接收装置一一对应使用的需求，使一个语音发送装置能和任意一个或多个语音接收装置配合工作，且对语音信号加密，使语音发送装置可以个人独自拥有、随身携带，使用更方便、更卫生，更安全，且有利于麦克风的维护。本发明的技术方案是一种无线麦克风系统的控制方法，应用于包括语音发送装置和语音接收装置的无线麦克风系统，包括如下步骤步骤1 所述语音发送装置在工作频段所有信道上向语音接收装置发送信道请求帧；步骤2 所述语音接收装置接收到信道请求帧后，回复信道回复帧；步骤3 所述语音发送装置收到信道回复帧后，向语音接收装置发送地址绑定帧；步骤4 语音接收装置收到地址绑定帧后，回复绑定确认帧，所述语音发送装置和语音接收装置实现绑定；步骤5 所述语音发送装置和语音接收装置之间进行语音信号传输。进一步的，所述无线麦克风系统的控制方法还包括如下步骤步骤21 语音发送装置接收到信道切换指令，发送切换信道请求帧；步骤22 语音接收装置收到切换信道请求，对工作频段内所有信道进行能量检测，计算得出最空闲信道作为最佳信道，向语音发送装置发送最佳信道请求，并切换到最佳信道；
步骤23 语音发送装置接收到最佳信道请求后，切换到最佳信道，并反馈一个信道回复帧。进一步的，所述无线麦克风系统的控制方法还包括如下步骤所述语音发送装置和多个不在同一信道的语音接收装置通信时，语音发送装置检测语音接收装置发送的信道回复帧的信号强度，向信号强度最强的语音接收装置发送信道回复帧。进一步的，在语音发送装置和语音接收装置中设置有一个相同的密钥数组，所述无线麦克风系统的控制方法得步骤5中还包括在语音发送装置中，语音信号和密钥数组中的一个密钥进行异或运算实现语音信号加密，然后传输加密后的语音信号，语音接收装置将接收的加密语音信号和该密钥进行异或运算实现语音信号解密。进一步的，所述无线麦克风系统的控制方法中随机密钥的产生方法如下由时间作为种子随机生成一个二进制数，取后8位，并对应到密钥数组128个密钥中的一个。进一步的，所述无线麦克风系统的控制方法还包括如下步骤语音发送装置检测语音信号的大小，在语音信号大于声音门限时，将语音信号无线传输给语音接收装置。进一步的，所述无线麦克风系统的控制方法还包括如下步骤语音发送装置在收到静音命令后，进入休眠状态，在再次收到静音命令后，恢复工作状态。进一步的，所述无线麦克风系统的控制方法中，在绑定状态下，语音接收装置不接收其他语音发送装置的信道请求，在一定时间内，若语音接收装置未收到任何数据帧，则进入脱绑定状态，可以接收其他语音发送装置的信道请求，与其他语音发送装置实现绑定。本发明的优点是1.采用了本发明的控制方法后，语音发送装置能够脱离固定一个语音接收装置的束缚，一个语音发送装置能和任意一个或多个语音接收装置配合工作，因此，人们可以将语音发送装置独自拥有，随身携带，使用时只要和语音接收装置无线绑定即可，使用起来更方便、更卫生，且更有利于麦克风的维护。2.采用了本发明的控制方法后，在需要多个语音接收装置扩音的场合，只需要一个语音发送装置与各个语音接收装置一一进行无线绑定，语音接收装置之间无需用线连接，使现场更简洁，没有复杂凌乱的布线。3.采用本发明的控制方法，语音传输的过程中进行了对语音信号进行了加密，由于密钥是由时间作为种子随机产生的，每次对语音加密的密钥都在变化，增加了无线传输的安全性。4.采用本发明的控制方法，使麦克风具有语音开启功能和静音功能，能降低语音发送装置的功耗，更节能环保，使用时间更长。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述图1是本发明的语音发送装置的语音采集放大部分原理图；图2是本发明的语音发送装置的语音信号模数转化电路图；图3是本发明的无线麦克风系统的对码绑定过程的示意图；图4是本发明的无线麦克风系统的信道切换过程的示意图。图5是本发明的语音发送装置的基本工作流程图6是本发明的语音接收装置的基本工作流程图。
具体实施例方式实施例一个无线麦克风系统包括一个语音发送装置和至少一个语音接收装置， 工作在2. 4GHz (ZigBee频段)。语音发送装置对语音信号进行采集、前置放大并无线发送。 语音接收装置通过3. 5mm的音频接口与功放相连，实现对语音信号的恢复与放大。语音接收装置上设置有选择工作信道的开关，可以在信道0 信道15中任意选择一个。采用本发明的无线麦克风系统，可以使一个语音发送装置和多个语音接收装置在同一信道频段上通无线麦克风系统的控制方法如图3-图6所示，包括如下步骤步骤1 语音发送装置在工作频段所有信道上向语音接收装置发送信道请求帧。 帧格式如表1。表 1
字节0字节1字节2字节3字节4字节5字节6 字节7panIDmacDestAddrmacSrcAddrframecontrol字节8字节9字节10字节U字节12字节13字节14 一字节125sequencedestAddrsrcAddrLoad表1中，panID是网络号；load是需要传输的数据；macDestAddr是MAC (Media Access Control)层目标地址，该MAC帧的目标节点的地址；macSrcAddr是MAC层源地址， 发出该MAC帧的节点地址；framecontrol是帧控制字；sequence是帧序列号，范围在1 65535，该序列号由load的源地址节点写入；destAddr是load目标地址；srcAddr是load 源地址。其中帧控制字格式如表2所示表 2
bitl5 bit9bit 8 bit 5bit 4 bit 0保留typeradius其中Type代表帧的类型，type = 2数据帧；type = 3数据回复帧；type = 4切换信道请求帧；type = 5命令帧；type = 6信道请求帧；type = 7信道回复帧；type = 10地址绑定帧；Type = 11绑定确认帧。对于信道请求帧，Load包含信道号。对于数据帧，Load包含时间信息。步骤2 所述语音接收装置接收到信道请求帧后，反馈信道回复帧。信道回复帧的帧格式和信道请求帧的相同，只是帧控制字中type为7。步骤3 所述语音发送装置收到信道回复帧，这时语音发送装置就确定了语音接收装置所在的信道，向语音接收装置发送地址绑定帧，地址绑定帧的帧格式和信道请求帧的相同，只是帧控制字中type为10。步骤4 语音接收装置收到地址绑定帧后，回复绑定确认帧，所述语音发送装置和语音接收装置实现绑定。步骤5 所述语音发送装置和语音接收装置之间进行语音信号传输，语音发送装置发送数据帧。语音接收装置接收到语音数据帧后，将处理得到的音频通过I/O 口以脉冲宽度调制(PWM)进行输出。输出的波形经过一个低通滤波器后还原出原始信号。其中，步骤1 步骤4我们称之为对码和绑定步骤。在使用时，打开无线麦克风系统的语音发送装置的电源开关，就能与接收装置实现自动对码和绑定。绑定后，语音接收装置A只接收语音发送装置a的语音信号，而不接收其他语音发送装置的对码和语音信号。只有当该语音发送装置a不发送语音信号2分钟之后，视为脱绑定状态，才接收其他语音发送装置与接收装置A进行对码和绑定。而语音发送装置a不发送语音信号2分钟之后，又重新发送语音信号，则无需对码，直接能够通信。语音发送装置上设置有对码键，当用户按下该按钮时，重新从步骤1开始对码和绑定步骤。若有多个工作在同一信道的语音接收装置，则语音发送装置和每个语音接收装置直接都进行步骤1至步骤5的对码、绑定和通信过程。若多个语音接收装置不在同一信道， 则语音发送装置检测语音接收装置发送的信道回复帧的信号强度，向信号强度最强的语音接收装置发送信道回复帧，实现与该语音接收装置的绑定。语音发送装置的电路原理图如图1 图2所示。语音采集放大部分见图1，通过上拉电阻R3将麦克风话筒输入的声音信号转化成电信号，并输入给语音信号放大电路。语音信号放大电路包括MC33204运算放大器，通过对语音信号进行2级放大后，送给后面的语音信号模数转化电路，输入信号的直流偏置由电源提供，输入信号的交流信号是由语音采集端经一个大电容隔直通交后获得。经过2级放大后，可以使微弱的电信号放大90多倍。 语音信号模数转化电路见图2主要是由主芯片MC13213内部的AD模块完成。根据语音采样定理，将对语音信号需进行SKHz的采样。这就需要产生一个SKHz的时间中断，对放大后的语音信号进行采样、量化，其量化精度为8位，这样就产生了 8位的脉冲编码调制(PCM)。 为了降低功耗，本发明对每次AD转换的值进行求差值平均，当差值平均值大于阈值时，语音信号处理发送部分才进行发送数据。反之，该信号认为是微弱的环境噪音不予发送。这就是语言开启功能的实现方式。语音信号处理发送部分主要由主芯片MC13213完成。当使用者发现语音传输的信道传输效果不好时，可以切换到其他信道上，本发明的控制方法会自动选择一个最佳信道，以保证传输通信质量。切换信道功能只在一个语音发送装置和一个语音接收装置绑定状态下使用。具体如图5所示，包括如下步骤使用者按下语音发送装置上的切换信道键，语音发送装置接收到信道切换指令，发送切换信道请求帧。语音接收装置收到切换信道请求，对工作频段内所有信道(信道0 信道15)进行能量检测，具体为是对所有信道能量的CCA值进行128次采样求平均，计算得出最空闲信道作为最佳信道，并向语音发送装置发送最佳信道请求，并在发送完最佳信道请求后立即切换到最佳信道。语音发送装置接收到最佳信道请求后，切换到最佳信道，并反馈一个信道回复帧给语音接收装置。由于本无线麦克风系统的语音发送装置和语音接收装置并不是一一固定配套使用的，因此在步骤5的语音传输过程中更需要考虑无线传输的安全性问题。采用本发明的无线麦克风系统具有语音传输加密功能，具体做法是将一个含有128个密钥的密钥数组分别设置在语音发送装置和语音接收装置中，在语音发送装置中，由时间作为种子随机生成一个二进制数，取后8位，并对应到密钥数组1 个密钥中的一个，例如，若生成二进制数 11111111，则对应到密钥数组中的第1 个密钥。然后将语音信号和得到的这个随机密钥进行异或运算，实现语音信号加密，然后传输加密后的语音信号数据帧，语音接收装置接收含有加密语音信号的数据帧，提取时间信息，同样运用时间作为种子生成二进制数，并对应到密钥数组中的该随机密钥，然后将加密语音信号与密钥进行异或运算，实现语音信号解密，并将解密后的语音信号音频输出。对每次无线发送的语音信号进行加密，每次传输时其密钥是随机产生的，即每次对语音加密的密钥是变化的，即使同样的数据在不同时间进行加密后的结果也是不同的，因此破解者即使知道了密钥数组或者随机生产数都无法破解语音数据，从而大大增加了无线传输的安全性。另外，无线麦克风系统能具有静音功能，当使用者不需要发送语音信号时，按下语音发送装置上的静音键，语音发送装置在收到静音命令后，进入休眠状态，最大程度的节约功耗。当再次按下静音键，语音发送装置再次收到静音命令后，恢复工作状态。切换信道键、 静音键和对码键分别通过一个电阻连接到芯片MC13213上。以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本发明覆盖的保护范围。
权利要求
1.一种无线麦克风系统的控制方法，应用于包括语音发送装置和语音接收装置的无线麦克风系统，其特征在于包括如下步骤步骤1 所述语音发送装置在工作频段所有信道上向语音接收装置发送信道请求帧；步骤2 所述语音接收装置接收到信道请求帧后，回复信道回复帧；步骤3 所述语音发送装置收到信道回复帧后，向语音接收装置发送地址绑定帧；步骤4 语音接收装置收到地址绑定帧后，回复绑定确认帧，所述语音发送装置和语音接收装置实现绑定；步骤5 所述语音发送装置和语音接收装置之间进行语音信号传输。
2.根据权利要求1中所述的一种无线麦克风系统的控制方法，其特征在于还包括如下步骤步骤21 语音发送装置接收到信道切换指令，发送切换信道请求帧；步骤22 语音接收装置收到切换信道请求，对工作频段内所有信道进行能量检测，计算得出最空闲信道作为最佳信道，向语音发送装置发送最佳信道请求，并切换到最佳信道；步骤23 语音发送装置接收到最佳信道请求后，切换到最佳信道，并反馈一个信道回复帧。
3.根据权利要求1中所述的一种无线麦克风系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤所述语音发送装置和多个不在同一信道的语音接收装置通信时，语音发送装置检测语音接收装置发送的信道回复帧的信号强度，向信号强度最强的语音接收装置发送信道回复帧。
4.根据权利要求1中所述的一种无线麦克风系统的控制方法，其特征在于在语音发送装置和语音接收装置中设置有一个相同的密钥数组，步骤5中还包括在语音发送装置中，语音信号和密钥数组中的一个密钥进行异或运算实现语音信号加密，然后传输加密后的语音信号，语音接收装置将接收的加密语音信号和该密钥进行异或运算实现语音信号解
5.根据权利要求4中所述的一种无线麦克风系统的控制方法，其特征在于所述随机密钥的产生方法如下由时间作为种子随机生成一个二进制数，取后8位，并对应到密钥数组 128个密钥中的一个。
6.根据权利要求1中所述的一种无线麦克风系统的控制方法，其特征在于还包括如下步骤语音发送装置检测语音信号的大小，在语音信号大于声音门限时，将语音信号无线传输给语音接收装置。
7.根据权利要求1中所述的一种无线麦克风系统的控制方法，其特征在于还包括如下步骤语音发送装置在收到静音命令后，进入休眠状态，在再次收到静音命令后，恢复工作状态。
8.根据权利要求1中所述的一种无线麦克风系统的控制方法，其特征在于在绑定状态下，语音接收装置不接收其他语音发送装置的信道请求，在一定时间内，若语音接收装置未收到任何数据帧，则进入脱绑定状态，可以接收其他语音发送装置的信道请求，与其他语音发送装置实现绑定。
全文摘要
本发明公开了一种无线麦克风系统的控制方法，应用于包括语音发送装置和语音接收装置的无线麦克风系统，语音发送装置在工作频段所有信道上向语音接收装置发送信道请求帧；语音接收装置接收到信道请求帧后，回复信道回复帧；然后，语音发送装置向语音接收装置发送地址绑定帧；语音接收装置回复绑定确认帧，所述语音发送装置和语音接收装置实现绑定；之后，两者之间进行语音信号传输。本发明使一个语音发送装置能和任意一个或多个语音接收装置配合工作，不需要与语音接收装置一一对应使用，使语音发送装置可以个人独自拥有、随身携带，使用更方便、更卫生，更安全，且有利于麦克风的维护。
文档编号H04W12/04GK102176778SQ20101060011
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者刘昊, 张轩, 王琢玉, 祝贺, 董俊丽 申请人:东南大学苏州研究院, 苏州博联科技有限公司